Metallkatalysatoren geträgert auf mesoporösem Kohlenstoff für nachhaltige Hydrierreaktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Hättig; Professor Dr. Martin Muhler
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323085738

Mesoporöser Kohlenstoff (CMC, Kohlenstoff hergestellt in China, patentiert durch Prof. J. Shen) ist ein vielversprechender Träger in der heterogenen Katalyse. Vergleichbar mit konventioneller Aktivkohle (activated carbon, AC) zeichnet sich CMC durch eine hohe spezifische Oberfläche, große chemische Widerstandsfähigkeit und einfaches Rezyklieren von geträgerten Metallen aus. Im Gegensatz zur mikroporösen Aktivkohle erleichtern die Mesoporen den Stofftransport, was besonders für große Moleküle oder für die Flüssigphasenkatalyse von Bedeutung ist. Heteroatome wie zum Beispiel Stickstoff können in CMC eingebaut werden, um stickstoff-dotierten mesoporösen Kohlenstoff (NMC) zu erhalten. Die eingebauten Stickstoffspezies erhöhen die Benetzbarkeit und die Basizität des Trägers, verbessern die Metalldispersion und erhöhen die thermische Stabilität der geträgerten Nanopartikel gegenüber Sinterprozessen. Bei vielen wichtigen Hydrierreaktionen ist eine passend eingestellte Basizität im Vergleich zu sauren Eigenschaften von Vorteil. Die Stickstoffspezies erhöhen auch die Reduzierbarkeit, sodass die geträgerten Metalle in niedrigeren Oxidationsstufen vorliegen, was sich bei Hydrierreaktionen positiv auswirkt. In diesem Projekt werden CMC- und NMC-Materialien im Labor als Träger für aktive metallische Komponenten, Metallkarbide, -nitride und-phosphide entwickelt, die für die Hydrierung von Nitroverbindungen, die Hydrierung aromatischer Ringe in Anilinderivaten, für die Hydrodeoxygenierung (HDO) und die Hydrodesulfurisierung (HDS) sowie für die Hydrodepolymerisation von biomasse-stämmigem Lignin eingesetzt werden. Die katalytischen Eigenschaften der Katalysatoren werden unter verschiedenen relevanten Bedingungen bestimmt. Die katalytisch aktiven Zentren werden identifiziert, und die Metall-Träger-Wechselwirkungen, der Wasserstoff-Spill-over, die Oberflächendiffusion und die Reaktionsmechanismen werden experimentell untersucht und durch theoretische Berechnungen auf dem neuesten Stand der Technik unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jianyi Shen